黄土高原典型淤地坝淤积机理研究

在调查典型淤地坝挖取剖面采集土样的基础上，利用库容曲线和宴测淤积厚度求得每层淤积泥沙薰。根据大水对大沙的原则，反演淤积层所对应的次侵蚀性降雨。通过层淤积量与其相应次侵蚀性降雨的最大30min降雨强度I30降雨量P，降雨侵蚀力R，平均降雨强度I等4个指标的相关分析，结果表明，对于无泄洪设施的淤地坝坝地每层淤积量与次侵蚀性降雨的I30,P，R关系密切，并建立了淤积量与I30．P，R的三元回归方程，计算值与实测值拟合较好，从而为淤地坝水毁问题的研究提供了理论基础。     

黄土高原淤地坝坝地淤积物两个重要物理特性指标研究

淤地坝淤积过程机理的研究是个薄弱环节，坝地淤积物的主要物理特性指标的研究能为淤积过程机理的研究提供重要依据。在调查典型淤地坝挖取剖面采集土样的基础上，通过室外试验与室内分析计算相结合的方法，研究了坝地各层淤积物的干容重和粒径级配两个物理特性。结果表明：淤积程度相似（淤积年限相近．淤积层数相当），淤积物的干容重的变化规律类似；对于同一座坝，淤积层厚度相近的各个淤积层，其干容重从上到下有增大的趋势；坝地各层淤积物的粒径主要集中在0．025～0．1mm之间。该结果可为进一步求解淤积沙量，建立各淤积层淤积量与次侵蚀性降雨的相关关系提供重要参数。     

岔巴沟流域不同淤积状态下淤地坝淤积深度研究

为了进一步明确次暴雨条件下淤地坝的拦沙作用,利用岔巴沟流域不同淤积状态淤地坝泥沙沉积信息,结合线性回归和相关分析等方法,研究了不同淤积状态下淤地坝淤积深度关系。结果表明:(1)不同淤积状态淤地坝的最大淤积深度和平均淤积深度由高到低为堵塞坝(1.07 m,0.62 m)>水毁坝(0.72 m,0.53 m)>完好坝(0.70 m,0.45 m)>淤满坝(0.19 m,0.15 m)。(2)不同淤积状态下坝地淤积深度与降雨强度相关性拟合不明显; 堵塞坝和水毁坝坝地淤积深度与B值(坝地面积与坝控流域面积之比)呈指数负相关,相关指数分别为0.73,0.71。(3)不同淤积状态淤地坝平均拦沙模数由大到小依次为:堵塞坝(14 274 t/km²)>完好坝(12 480 t/km²)>水毁坝(11 725 t/km²)>淤满坝(3 350 t/km²)。综上所述,暴雨条件下,堵塞坝具有高效的拦沙作用,但小库容坝地极易产生较大的淤积深度,从而对坝体产生威胁; 堵塞坝和完好坝的合理配置是流域高效滞洪拦沙的关键。     

好水川流域小型水库及淤地坝泥沙淤积量估算

建立了小型水库及淤地坝泥沙淤积体的概化模型。结合水库及淤地坝泥沙观测数据,采用以小型水库的特性征曲线为基础的泥沙淤积量测算方法,对好水川流域小型水库及淤地坝淤积量进行了估算。运用泥沙淤积体规则概化的测算方法对估算结果进行验证,并推求区域侵蚀模数。该方法计算简单,结论可靠,可为进一步研究该流域的水沙规律提供理论依据,并为宁夏南部山区的淤地坝淤积量估算提出一种简便的算法。     

黄土高原地区淤地坝拦沙淤积监测中存在的问题及方法探讨

[目的] 探索研究科学成熟的淤地坝拦沙淤积监测方法，为精确获取淤地坝拦沙量，实现淤地坝安全运行和拦沙效益发挥提供实践支撑。 [方法] 以黄土高原为研究区，总结分析淤地坝拦沙淤积监测的重要性和存在问题，并提出黄土高原地区淤地坝拦沙淤积遥感监测方法。 [结果] 提出了基于遥感技术获取淤地坝拦沙淤积量的原理和关键影响因素；对比分析了无人机正射测量、无人机倾斜摄影、无人机载LiDAR等遥感方法的精度、工作量和可行性及在淤地坝拦沙淤积监测中的不同应用场景。 [结论] 相较传统人工调查方式，遥感监测技术在淤地坝拦沙淤积监测中具有较大优势，可满足不同的拦沙淤积监测需求，是未来淤地坝拦沙淤积测量监测的重要发展方向。     

基于坝地泥沙淤积信息的流域侵蚀产沙特征研究

以淤积年限53年、淤积厚度为10.58 m的王茂沟流域背塔沟闷葫芦坝为研究对象,利用2012年洪水冲刷成的深沟,通过剖面辨识将泥沙沉积层分为86个淤积巡回,结合1959-2012年间降雨资料以及流域侵蚀产沙沉积剖面的物理特征,建立了淤地坝沉积序列的时间坐标。在此基础上,依据泥沙沉积量计算了坝控范围不同时期的土壤侵蚀模数,分析了土壤侵蚀模数变化与当时对应农村经济政策和土地利用的密切关联。研究结果表明:对于无泄洪设施的淤地坝,层淤积泥沙量与次侵蚀性降雨最大30 min降雨强度(I30)具有极强的相关性;研究方法可为无水文资料地区水沙资料的反演提供新的可行途径;水土流失治理必须以生态经济学为指导,才能符合客观规律。     

砒砂岩区典型淤地坝沉积泥沙特征及来源分析

黄土高原地区的淤地坝是拦减入黄泥沙的关键措施,尤以对泥沙具有绝对控制的"闷葫芦"淤地坝为甚。为研究淤地坝对侵蚀泥沙的拦蓄作用,以砒砂岩区皇甫川流域园子沟淤地坝为研究对象,采集坝地淤积剖面及沟间地、沟谷地表层样品,对沉积旋回进行断代分析,计算泥沙贡献率,反演其淤积过程。结果表明:坝地沉积泥沙粒径分布以2~0.05 mm砂粒为主,其次为粉粒、黏粒,砂粒中以极细砂和细砂占比最多。园子沟坝控流域内侵蚀性降雨事件对应的最小日降雨量为22.8 mm;淤地坝运行可划分为2个阶段,前期主要依靠坝体拦蓄泥沙,后期随着拦蓄泥沙的增多,减蚀作用凸显。坝地沉积泥沙主要来源为沟谷地,贡献率达71.4%,沟间地为28.6%,其中沟间地侵蚀产沙并非受植被唯一影响,在降雨量>45.4 mm时,地形因素会限制侵蚀的加剧。     

基于差分GPS技术的淤地坝泥沙淤积量估算

淤地坝是黄土高原水土流失治理中的一项重要措施。但是早期建设的淤地坝缺乏监测资料,对现已淤满坝地拦截泥沙量的估算成为当前研究中的一个难点问题。该文选取延安宝塔区羊圈沟小流域1979年修建的淤地坝为研究对象,采用高精度差分GPS技术,测量坝地淤积面平均高程和淤地面积,结合1977年1︰10 000地形图,建立高程—面积/淤积量曲线,得出羊圈沟淤地坝淤积泥沙方量为155 849.2 m3,并通过计算得到建坝至淤满期内（1979－2004年）年平均土壤侵蚀模数4 052.1 t·km-2·a-1,属于中度侵蚀。差分GPS技术的应用为准确估算淤地坝泥沙淤积量提供了技术支撑,可以弥补历史上侵蚀产沙数据,而且对定量评价水土流失及其治理效益提供了依据。     

淤地坝坝控区域土地利用现状与淤积量的相关性分析

淤地坝淤积库容一般通过悬移质输沙量和推移质输沙量来确定,这两个量的确定一般又要根据当地输沙模数经验公式来计算,这样就会遇到两个问题:一是当地缺乏经验公式;二是虽有经验公式,但坝控区域土地利用现状变化后,计算出的量与实际出现较大偏差。地处晋西的山西太原娄烦县淤地坝建设中就因输沙量确定不准,导致多数淤地坝设计淤积年限和实际使用年限出现较大偏差。根据该县淤地坝普查资料,选取黄土丘陵沟壑区大中型淤地坝42座作为研究对象,调取其坝控区域卫星影像,结合实地调绘,获得各个坝的坝控区域土地利用现状资料。对土地利用现状与各坝的淤积量之间进行相关分析,用多元线性回归的方法,得出了通过土地利用现状计算淤积量的线性公式。     

黄土丘Ⅴ区典型小流域坝控区重力侵蚀分析与预测

黄土丘Ⅴ区因其独特的土壤及地形和水文地质条件,使淤地坝坝控区的重力侵蚀严重,以至于毁坏耕地、道路和桥梁等,严重影响淤地坝效益的发挥。针对黄土丘Ⅴ区典型小流域坝控区在运行期间因沟岸崩塌和岸坡滑塌等产生的重力侵蚀导致淤地坝泥沙淤积量计算失真的问题,采用实测库容与3S技术生成库容资料和原设计库容曲线复核率定的三重复核分析方法,对运行期淤地坝坝控区域的重力侵蚀来源、诱发因素及预测进行分析。结果表明:(1)反映淤地坝淤积形态的形态判别系数α'为0.711~208.517,均值48.238,说明除阳山上小型坝小于临界数2.2为椎体淤积外,其他淤地坝为三角洲淤积;(2)坝控区形态参数如淤积面面积、周长、淤积体积及淤积形态判别系数等对重力侵蚀影响较大,给出了重力侵蚀量及侵蚀模数的计算关系;(3)重力侵蚀模数的范围184.79~812.80t/(km~2·a),均值360.68t/(km~2·a),坝控区淤积产沙模数的范围225~2 719t/(km~2·a),均值1 382t/(km~2·a)。重力侵蚀模数约占淤积产沙模数的26.1%,说明在黄土丘陵沟壑区第Ⅴ副区淤地坝的库区拦沙既有上游因水力侵蚀产沙又有库区自身重力侵蚀所致,淤地坝的运行管理既要防止重力侵蚀破坏现有耕地,又要防止淤地坝淤积出的土地被沟道基流苦咸水破坏,从而导致淤地坝淤地无法高效利用。     

黄土丘陵区小流域淤地坝泥沙沉积特征

了解淤地坝泥沙沉积特征是坝地泥沙输移过程及规律研究的基础和前提。该文通过对黄土丘陵区小流域淤地坝不同位置泥沙沉积剖面中各沉积旋回层厚度及粒径组成变化的分析,研究了淤地坝次洪水沉积过程中泥沙的再分布特征。结果表明:坝地内次洪水泥沙沉积过程为非均匀分布,各沉积旋回层厚度在纵剖面和横剖面都存在一定差异,早期沉积层厚度的起伏变化要大于后期的起伏变化。坝地泥沙粒径组成以粉粒为主,黏粒、粉粒和沙粒的平均含量分别为4.66%、58.78%和36.56%。坝地泥沙沉积过程中,各旋回层中黏粒、粉粒和沙粒的平均含量变化较小,但在坝地不同位置,土壤粒径组成发生了一定程度的分选。从坝尾到坝前,土壤质地粗化度显著下降,土壤粒径组成呈逐步细化的趋势。     

Sediment Yield Deduction from Check–dams Deposition in the Weathered Sandstone Watershed on the North Loess Plateau,China

As the basic unit of erosion and sediment yield, it was critical to determine the amount of soil erosion and sediment yield in the small watersheds for sustaining a reasonable water resource and sediment regulation system. In this study, we determined the sediment yield from the dams‐controlled watershed on the North Loess Plateau. Three check dams in the watershed were investigated by drilling ten‐hole sedimentation cores. The corresponding flood couplets were dated according to thickness of deposition layers, distribution of sediment particle size and historical erosive rainfall events. On the basis of the check dams capacity curve, the soil bulk density and the thickness of couplets, the deposit mass of check dams, and then the sediment yield of watershed at different temporal and spatial scale were deducted. In total of the 33, 60 and 55 couplets were corresponded to individual flood events in the dam MH1# from 1976 to 1984, the dam MH2# from 1985 to 2007, and the dam MH4# from 1981 to 2009, respectively. The specific sediment yield for flood events was 1,188.5–11,527.9 Mg km⁻², 1,278.6–17,136.7 Mg km⁻², and 3,395.9–33,698.5 Mg km⁻², and the annual average sediment yield was 10,728.6 Mg (km² · a)⁻¹, 12,662.9 Mg (km² · a)⁻¹, and 16,753.3 Mg (km² · a)⁻¹ in dam MH1#, MH2# and MH4# controlled watershed, respectively. The sediment yields were inversely proportional to the dams – controlled areas. For the whole watershed, the annual average sediment yield was 14,011.1 Mg (km² · a)⁻¹ from 1976 to 2009. There were large amounts of sediments (42.3–50.5%) were intercepted gradually along the way from small watersheds to the river channel. And the minimum rainfall for sediment deposited in the dams was greater than 20 mm in this watershed. The results of this study suggested that the sediments retained behind check dams were helpful to quantifying the amount of erosion sediment yield and understanding the soil erosion evolution in the small and ungauged watersheds. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

黄土丘陵区淤地坝建设后小流域泥沙拦蓄与输移特征

了解淤地坝建设后小流域泥沙拦蓄与输移的变化特征对正确认识和评价淤地坝的减蚀作用有重要意义.该文通过对黄土丘陵区王茂沟流域1953-2015年不同时段内淤地坝的拦沙量和流域出口输沙量的分析,研究了坝系建设后泥沙拦蓄、输移和侵蚀的变化过程与特征.研究表明,王茂沟流域年均拦沙模数呈减少-增加-再减少的波动变化趋势;流域年均输沙模数呈先增加后减少的变化趋势;1953-1986年期间,不同阶段的年均侵蚀模数变化不大,1987年后呈显著下降趋势.流域治理后期与初期相比,年均拦沙模数、输沙模数和侵蚀模数分别下降了79.3％、90.6％和83.9％.淤地坝建设初期,有效库容对流域拦沙模数和输沙模数的变化有重要影响,侵蚀性降雨频发和较低的水土流失治理度是侵蚀强烈的主要因素;流域治理后期,侵蚀性降雨及其发生频次的减少,水土流失治理度的提高与稳固,是流域拦沙、输沙和侵蚀产沙显著下降的主要原因.淤地坝在控制流域侵蚀产沙、减少泥沙输移方面作用显著,但要达到持续有效的作用,坡面治理不容忽视,两者兼顾是黄土丘陵区水土保持的必由之路.     

黄土高原梯田和淤地坝坡沟治理措施对产流产沙的协同效应

黄土高原地区的梯田和淤地坝措施发挥了重要的水土保持功能,然而现有的研究主要关注单个措施的减水减沙效应,对坡沟治理措施综合配置协同调控水沙过程的作用一直认识不清。因此,该研究为解析梯田和淤地坝措施对水沙过程的协同调控效应,构建了10个坡沟系统物理模型,设置了对照组（CO）,单一措施组（梯田措施（T0）,4种因淤地坝淤积导致坡沟区域的坡长缩短（L1、L2、L3和L4））和组合措施组（梯田与4种因淤地坝淤积导致坡沟区域的坡长缩短的综合配置（T1、T2、T3和T4））,进行降雨强度为90 mm/h的室内模拟降雨试验,量化不同试验方案下坡沟系统的产流产沙过程。结果表明：1）梯田措施和淤地坝淤积导致坡沟区域坡长缩短均有效调控了坡沟系统的产流产沙过程,梯田能分别减少46.30%～83.59%的径流总量和25.82%～82.41%的泥沙总量,淤地坝导致坡沟区域坡长缩短能分别减少7.87%～33.42%的径流总量和10.20%～30.57%的泥沙总量。2）不同试验方案下坡沟系统的产沙率和产流率之间满足线性关系,而累计产沙量和累计产流量满足幂函数关系。3）综合措施配置发挥了“1+1> 2”的水土保持...     

极端降雨条件下小流域淤地坝系连溃风险分析

近年来,黄土高原上的淤地坝在减轻水土流失、淤地造田等方面发挥了重要作用.但相较土石坝,淤地坝的防洪标准不高,更容易发生溃坝.淤地坝多以梯级形式分布在若干小流域中,构成了一个复杂的坝系网络,为正确评价溃决风险带来很大的挑战.采用一种基于小流域水文计算和考虑复杂入流条件的淤地坝系连溃风险分析模型及相应的计算程序FT-IWH...     

淤地坝赋存信息在流域侵蚀产沙研究中的应用

黄土高原淤地坝在拦蓄大量泥沙的同时,也赋存了大量环境变化信息。该文从淤地坝赋存信息在小流域侵蚀产沙速率、泥沙来源和泥沙输移比研究方面的作用进行了归纳和总结,分析了目前研究中存在的问题,提出了今后研究的发展方向,以期能为更好地利用这些赋存信息,发挥其在黄土高原土壤侵蚀和环境演变过程研究中的作用提供参考。     

基于水沙关系框架的黄土区不同水保措施减沙贡献分割方法

黄土高原水土保持治理已取得巨大成效,但常规的水文法和水保法均不能可靠地进行不同水土保持治理措施的减沙贡献分割。该研究首先分析了不同治理措施的减沙机制,认为在流域尺度上:1)由于坡面水下沟后继续冲刷,植被、梯田等坡面治理措施仅通过减少地表径流来减沙;2)淤地坝既通过减少地表径流来减沙,也通过降低地表径流含沙量来减沙;3)降雨对产沙的影响机制与坡面措施类似。基于此,该研究提出了一种新的针对黄土区的流域减沙贡献分割方案,给出了降雨、坡面措施以及淤地坝的减沙贡献计算公式。验证结果表明,这3个公式计算结果与实际观测结果均非常一致,其中淤地坝公式准确计算出了大理河、清涧河、延河流域的淤地坝拦沙量(R^2>0.9)。水文法被认为是一种较可靠的降雨变化和人类活动贡献分割方法,该研究提出的方法与水文法的计算的结果几乎一致。水保法计算结果为坡面减蚀率,因而会高估减沙贡献,而该研究方法考虑了减沙效应的空间尺度变异,计算结果为流域减沙率。该研究提出的方法具有较好的理论基础,对黄河流域减沙的归因分析以及未来治黄策略的制定具有重要意义。     

基于MIKE模型的不同淤地坝型组合情景对小流域侵蚀动力和输沙量的影响

为科学认识黄土高原淤地坝建设对小流域侵蚀动力过程的影响,通过分布式水文模型MIKE SHE和一维水动力模型MIKE 11耦合模拟了王茂沟流域的洪水过程,并计算了流域主沟不同断面的侵蚀动力参数和不同坝型组合的减沙效益。结果表明:(1)淤地坝建设在不同程度上改变了小流域沟道的侵蚀动力分布,坝系建成后沟道的侵蚀动力参数减幅最大。(2)小流域径流侵蚀功率表现为上中游剧烈变化,下游趋于稳定,且下游径流侵蚀功率明显小于上游。(3)淤地坝建设可以有效减小流域的输沙量,其中单独建设骨干、中型、小型坝相比流域未建坝时,输沙模数分别减少24.74%,47.11%,64.11%;流域坝系建成后减沙效益最明显,流域输沙量减少83.92%。研究成果可为黄土高原淤地坝减沙效益评估提供科学参考。